[实用新型]一种大型深冷空气分离装置

说明书

本实用新型涉及一种分离空气获取氧气和氮气的装置，一种大型深冷空气分离装置，该装置中的空气压缩机、空气冷却塔和空气纯化系统依次连接，空气纯化系统引出第一支路、第二支路和第三支路，第一支路经过空气增压机后引入换热器，第三支路直接引入换热器；第一支路和第三支路由换热器引出后经过节流阀引入精馏系统；所述第二支路经过低压透平增压膨胀机的增压端后引入换热器，并由换热器中部引入低压透平增压膨胀机的膨胀端，而后引入精馏系统；本实用新型提供一种将原料空压机排气压力提高，采用低压透平膨胀机提供冷量，从而大大降低空气增压机处理气量并减少其压缩级数，仅需配置较小规模增压机的大型空气分离装置。

技术领域

本实用新型涉及一种分离空气获取氧气和氮气的装置，尤其涉及一种大型深冷空气分离装置。

背景技术

随着煤化工、冶金、石油炼化等行业向着大型化、集约化发展，其对氧气、氮气等工业气体的需求量越来越大。市场对大型空气分离设备的需求量增大，制氧规模在60000Nm3/h以上的特大型空气分离装置已成为大型煤化工、大型冶金工程装置中配套的不可或缺的关键技术装备。

目前，大型空分装置的发展趋势是产品规模越来越大，能耗水平越来越低，对装置的可靠性要求越来越高。由于煤化工工艺要求氧气的压力通常为4.0～8.0MPaG，所以其配套的空分装置均采用内压缩流程，内压缩流程中最重要的核心动设备就是空气增压机，其能耗约占空分装置总能耗的30～45％。由于空气增压机的排气压力较高一般为5.0～7.5MPaG，排气压力越高其所需的压缩级数就越多，相应的机组规模就越大，增压机的投资成本也随之增大，其稳定运行的可靠性将会降低。因此，大型空气增压机的投资成本与运行可靠性已成为制约特大型空气分离装置技术发展的重要因素。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种将原料空压机排气压力提高，采用低压透平膨胀机提供冷量，从而大大降低空气增压机处理气量并减少其压缩级数，仅需配置较小规模增压机的大型空气分离装置。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

一种大型深冷空气分离装置，其特征在于：包括空气压缩系统、空气纯化系统、制冷系统、精馏系统和换热器；所述空气压缩系统包括空气压缩机和空气增压机；制冷系统包括空气冷却塔和低压透平增压膨胀机；所述空气压缩机、空气冷却塔和空气纯化系统依次连接，空气纯化系统引出第一支路、第二支路和第三支路，第一支路经过空气增压机后引入换热器，第三支路直接引入换热器；第一支路和第三支路由换热器引出后经过节流阀引入精馏系统；所述第二支路经过低压透平增压膨胀机的增压端后引入换热器，并由换热器中部引入低压透平增压膨胀机的膨胀端，而后引入精馏系统；所述精馏系统所形成的液氧反流支路和液氮反流支路引入的换热器，并与换热器内的第一支路和第三支路进行热交换，而后以氧气输出支路和氮气输出支路引出。

作为优选，所述精馏系统包括精馏下塔、精馏上塔、过冷器和冷凝蒸发器；所述第一支路、第二支路和第三支路末端引入精馏下塔，精馏下塔在塔底、塔中和塔顶分布形成液空区、混合区和液氮区；液氮反流支路在高压液氮泵的作用下，由液氮区引出后引入换热器；所述精馏下塔的液空区、混合区和液氮区由三路管路分别经过过冷器后引入精馏上塔，精馏上塔的塔底形成液氧区；所述冷凝蒸发器设置在精馏下塔的顶部，精馏上塔的液氧区通过管路与冷凝蒸发器构成回路，冷凝蒸发器与精馏下塔的液氮区进行热交换；所述液氧反流支路在高压液氧泵增压后，由冷凝蒸发器引出后引入换热器。该技术方案中，采用低压透平膨胀机制取冷量，膨胀机增压端空气是来自纯化系统净化后的空气，但膨胀后不是进入上塔，而是去下塔精馏，相比膨胀后进上塔流程，产品提取率有较大幅度的提高。利用低压透平膨胀机取代常规内压缩流程中的高压透平膨胀机，通过增大膨胀机的处理气量来弥补由于膨胀比降低所减少的制冷量，在保证制冷量的同时，增加了透平膨胀机设计运行的可靠性。